Si bien los defectos en un diamante son en su mayoría indeseables, ciertos defectos son los mejores amigos de un físico cuántico, y tienen el potencial de almacenar bits de información que algún día podrían usarse en un sistema de computación cuántica.
Los físicos aplicados de la Universidad de Cornell han demostrado una técnica para diseñar algunas de las propiedades ópticas clave de esos defectos, proporcionando una nueva herramienta para explorar la mecánica cuántica.
Un grupo de investigadores dirigido por Greg Fuchs, profesor de física aplicada e ingeniería, se ha convertido en el primero en utilizar las vibraciones producidas por un resonador para ayudar a estabilizar esas propiedades ópticas, obligando a los electrones del diamante a un estado orbital excitado. La investigación se detallaen el artículo "Manipulación del estado orbital de un centro de vacantes de nitrógeno de diamante utilizando un resonador mecánico", publicado el 17 de abril en la revista Cartas de revisión física .
Al igual que los transistores de una computadora registran información binaria al estar "encendido" o "apagado", los estados internos de estos defectos de diamante a escala atómica también pueden representar fragmentos de información, como su giro, una forma intrínseca de momento angular- estar "arriba" o "abajo". Pero a diferencia de los transistores, que solo tienen dos estados, el giro posee la capacidad cuántica de subir y bajar al mismo tiempo. Utilizados en combinación, estos estados cuánticos podrían registrar y compartir información exponencialmente mejorque los transistores, lo que permite que las computadoras realicen ciertos cálculos a velocidades inimaginables.
El desafío: es difícil transferir información cuántica de un lugar a otro. Los físicos han experimentado con una serie de materiales y técnicas para hacerlo, incluido el uso de propiedades ópticas dentro de los defectos atómicos de los diamantes conocidos como centros de vacantes de nitrógeno.
"Una cosa en la que los centros de diamante con vacantes de nitrógeno pueden ser bastante buenos es la comunicación. Para que pueda tener un giro electrónico, que es un buen estado cuántico, luego puede transferir su estado a un fotón de luz", dijo Fuchs, quienagregó que el fotón puede llevar ese bit de información a otro defecto ". Uno de los desafíos de hacerlo es estabilizarlo y hacerlo funcionar de la manera deseada. Hemos proporcionado una nueva caja de herramientas para diseñar esa transición óptica de manera queespero que sea mejor "
Primero fue necesario que el equipo de investigación diseñara un dispositivo que pudiera enviar ondas vibratorias a través del defecto del diamante. Se fabricó un resonador mecánico de frecuencia de gigahercios a partir de un diamante de cristal único, luego se enviaron ondas de sonido que vibraban a aproximadamente 1 gigahercio a través dedefecto.
El objetivo era utilizar el sonido para cambiar las transiciones ópticas del defecto, en las que el cambio de un estado de energía a otro da como resultado la emisión de un fotón. Estas transiciones tienden a fluctuar en función de diversas condiciones ambientales, lo que dificulta su producciónfotones coherentes para transportar información.
Como ejemplo, los campos eléctricos fluctuantes al azar pueden hacer que la longitud de onda de transición óptica sea inestable, según Huiyao Chen, un estudiante de doctorado que dirigió el estudio.
"Para suprimir el efecto de estas fluctuaciones incoherentes", dijo Chen, "una cosa que podemos hacer es eliminar el acoplamiento entre el orbital electrónico y los campos eléctricos aleatorios no deseados. Y ahí es donde vienen las ondas de sonido producidas por el resonador".en juego "
Para saber si el experimento funcionó, el equipo de investigación usó un microscopio con un láser de longitud de onda sintonizable para escanear el centro de vacantes de nitrógeno del diamante. Cuando la longitud de onda del láser estaba en resonancia con la transición óptica, se podía ver un fotón emitido,un indicador seguro de que los electrones habían alcanzado un estado excitado. Luego, los investigadores estudiaron cómo las ondas de sonido podrían alterar los estados orbitales y, por lo tanto, cambiar la transición óptica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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